C-ADS注入器I快调谐控制方法研究

介绍了麦克风效应和洛伦兹力作用对C-ADS注入器I的Spoke012超导腔的影响以及腔的压电陶瓷快调谐传递函数的特性,并详细叙述了依据传递函数特性搭建频率控制基本环路及利用阻尼技术来对腔的特定频率边带进行抑制的方法。所设计的PI控制基本环路和特定频率边带抑制环路在实际运行中得到使用,前者有效抑制了低频振荡,后者抑制特定频率振荡幅度达到15 d B。     

HEPS超导高频腔低温恒温器氮低温制冷循环系统的热力学性能分析

高能同步辐射光源（HEPS）氮低温制冷循环系统为储存环隧道内的7个超导高频腔低温恒温器提供液氮冷量。氮低温制冷循环系统的热力学分析目的是针对HEPS超导高频腔低温恒温器的特点,建立系统的热力学分析模型,研究其工作过程,计算分析系统的制冷系数与循环增压比之间的对应关系。同时,考虑到系统的整体布局,进一步分析计算氮低温制冷循环系统中氮气压缩机和低温透平膨胀机的火用损,优化了系统的热力学设计参数。HEPS氮低温制冷循环系统的热力学性能分析与计算结果对于系统最优化设计和后期工程实践具有一定的指导意义。     

低频率低β低温氮掺杂HWR超导腔的性能测试

中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的北京在线同位素分离丰中子束流装置（BISOL）的强流氘驱动加速器采用半波长谐振（HWR）超导腔作为主要加速结构,加速能量为3～40 MeV的强流氘离子。为此,北京大学设计并研究了可加速50 mA 氘束的β=0.09、频率为162.5 MHz HWR超导腔。本文介绍该腔的设计、加工、表面处理及低温射频性能测试,并研究将低温氮掺杂这种新的表面处理方法用于该腔,进行低温超导性能测试。实验结果表明,采用圆锥形（taper）结构的HWR超导腔在2 K温度下达17 MV/m的高加速梯度。通过低温氮掺杂后,HWR超导腔在2 K、10 MV/m下的品质因数Q₀提升了1倍,表明HWR超导腔有高加速梯度高品质因数的优点。     

1500MHz 5-cell超导腔的仿真优化

能量回收直线加速器技术是近年来一项重要技术。针对能量回收直线加速器的主直线加速器,本文使用多种射频软件优化设计了一种新型的1 500 MHz 5-cell超导腔。该腔加速模TM010的R/Q值达到550Ω,可以有效降低低温损耗。该腔的端cell采用扩大束管传输有害高次模方案将高次模传输出超导腔,良好地抑制了高次模。新腔型保持了较低的表面峰值场强与平均加速梯度的比值:Epk/Eacc=2.06,Bpk/Eacc=4.22 m T/(MV·m-1),避免了场致发射的风险,并且在中等加速梯度区域(15-20 MV·m-1)无二次电子倍增现象。模拟结果显示,该超导腔能够满足连续波、准连续波或高重复频率稳定运行的要求。     

1μm超薄壁柱腔的研制

介绍了超薄壁柱腔的制备工艺。在原有制备柱腔工艺基础上，通过对芯轴和镀膜方法的改进，以及对腐蚀溶液及配比的改变，解决了超薄壁柱腔难自立和在腐蚀过程中易破裂的问题，成功地制备出１μｍ左右的超薄壁柱腔。     

CSNS-II超导椭球腔的高频设计和二次电子倍增研究

中国散裂中子源二期(China Spallation Neutron Source,CSNS-Ⅱ)升级,直线加速器能量增益将由现在的80 MeV提高到300 MeV,打靶束流功率由100 kW提高到500 kW。直线加速器升级采用Spoke腔加椭球腔的全超导结构,其中5-cell椭球腔负责把H-从150 MeV加速到300 MeV,工作频率为648 MHz,几何βg(βgλ/2为椭球腔单元长度,λ为工作波长)取0.60。利用三维全波电磁场仿真软件CST (Computer Simulation Technology)对该椭球腔进行了研究分析,优化了椭球腔的高频参数和几何尺寸,使得轴向电场平整度、峰值电场比、峰值磁场比分别达到98.2%、2.70和4.89 m T?(MV/m)-1,R/Q值为305.59Ω。通过计算分析椭球腔的二次电子倍增效应,对发生二次电子倍增严重的地方进行了形状改良,减弱二次电子倍增,并且加速梯度在8 MV?m-1以上完全抑制了二次电子倍增。另外,对椭球腔的洛伦兹力进行了初步计算分析。     

基于162.5 MHz HWR超导腔的氦压调谐器的设计与测试

162.5 MHz(?=0.10)半波长谐振型(Half Wave Resonance,HWR)超导腔被用于CIADS(China Initiative Accelerator Driven System)项目注入器II的低能段。氦气压力驱动式调谐器基于上述腔体的调谐范围及机械性能要求进行设计制造。为确保调谐器运行良好,进行了常温测试。铜制模型腔测试中调谐范围达到640 k Hz,满足频率调节范围要求。铌腔测试中得到腔体频率与气体压力关系,调谐敏感度为0.272 k Hz·h Pa-1。采用气体质量流量控制方案并搭建气体驱动控制平台进行分辨率测试,在测试结果显示调谐器满足调谐分辨率要求,分辨率精度达到4.4–15 Hz。计算了超导腔与调谐器间的传热量,其值不超过0.002 W,小于低温恒温器与调谐器之间的热辐射量,表明此调谐器可用于HWR腔体。     

HI-13串列加速器升级工程QWR超导腔冷模实验

为验证理论计算，获取相关高频参数，进行了QWR超导腔冷模实验。用网络分析仪测量了相同尺寸的谐振腔模型，获得了谐振腔在常温下的频率、品质因子及耦合器对谐振频率的影响等数据。用实验对理论计算结果进行验证，经理论分析后，反演得到低温超导态下的QWR超导腔及耦合器的工作参数。      

麦克风效应对CiADS超导腔稳定性影响的仿真分析

加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)对质子超导直线加速器提出了高稳定性要求,在工程设计阶段需对直线加速器的各种不稳定因素,特别是对超导腔的麦克风效应的影响进行评估。基于谐振系统的冲击响应模型,发展了一种离散化的电压迭代求解方法,并利用该方法构建了高频系统仿真程序,用于分析麦克风效应作用下超导腔的时变状态。通过仿真,研究了麦克风效应对腔体幅相稳定性的影响及与超导腔的谐振频率、Q值和带宽等参数的关系。结果表明,麦克风效应主要影响超导腔的相位稳定,其影响程度取决于麦克风振荡频率与腔的谐振频率、频率偏移量与腔体半带宽的比值。给出了满足CiADS直线加速器超导腔幅相稳定性指标(0.1%和0.1°)的麦克风振荡强度限值。     

C-ADS注入器I超导腔失效补偿实验研究

超导腔失效补偿问题是中国加速器驱动次临界系统(China Accelerator Driven Sub-critical system,CADS)超导强流质子加速器研究的重点,直接影响质子束流的稳定性。本文针对此问题,基于C-ADS注入器Ⅰ实验平台,采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)进行了实验研究。完成了PLC内部的数据查找、PLC与注入器Ⅰ控制系统之间的通讯以及失效补偿各阶段时间长度的计算和验证。本实验实现了对超导腔失效问题的快速探知以及对其它腔的自动补偿操作,为今后的实际应用奠定了基础。     

230 MeV超导回旋加速器高频腔体的研制

中国原子能科学研究院目前正在研制一台用于质子治疗的230 MeV超导回旋加速器。本文设计用于230 MeV超导回旋加速器的高频腔体,其采用螺旋结构,由4个腔体组成,高频系统采用二次谐波加速,高频腔体工作频率约71.25 MHz。4个半波长的电容加载型谐振腔工作于Push-Pull模式,其中两个腔体在中心平面直连,另外两个腔体在中心区下方使用过桥连接,两组腔体之间存在电容耦合,相差180°。在腔体的设计过程中,采用计算机对4腔体进行联合仿真,经优化后,腔体加速电压分布在中心区部分的为75 kV,大半径部分的提升至110 kV,腔体的无载品质因数仿真结果约8 800。为保证腔体的高频性能,腔体主体材料采用无氧铜材料,其加工难度在于上、下外壳需分别焊接成一个整体,同时要控制其形变量。目前,腔体已完成加工,单个腔体的无载品质因数的测试表明,腔体的无载品质因数均好于7 000,满足要求。     

Design of a New Type of Stub Tuner in ICRF Experiment

In the Ion Cyclotron Range of Frequency(ICRF) heating experiment,impedance matching is of great practical significance,because wide variations in antenna loading are observed within the discharge,in tokamaks operating in H-mode.A sudden decrease in antenna loading accompanying the L-mode to H-mode transition typically occurs on a timescale of a few millisec onds,as does the increase in loading at the H- to L-mode transition.Therefore,it is necessary to match dynamically in the transmission line between the generator output and the antenna input connections[1].A new type of stub tuner being developed utilizes the difference in radio-frequency wavelengths between gas and liquid due to different relative dielectric constants.The impedance matching can be adjusted in realtime in an attempt to track the variations in the antenna loading.Since there are no mechanically moving parts in the short ends of stub,the change can be more convenient and safe,moreover,it can withstand higher voltage without breakdown.this system device will be applied in the HT-7 superconductor Tokamak ICRF experiment.     

冷冻靶的环境热辐射屏蔽技术研究

通过建立三维柱腔冷冻靶计算模型,研究了外界环境辐射对间接驱动冷冻靶靶丸及燃料冰层温度场的影响。考虑柱腔内部激光入射孔（LEH）膜透光率对柱腔内靶丸和冰层温度场分布的影响,利用COMSOL软件对柱腔冷冻靶温度场进行了数值模拟计算。研究结果表明：受外界辐射影响,靶丸表面温度场呈两极热、赤道冷分布;LEH膜透光率越大,靶丸外表面温差和冰层内表面温差越大。当LEH膜透光率小于1%时,冰层内表面最大温差低于0.1 mK,可满足冰层均化和保持的要求。实验中,通过在LEH膜上镀不同厚度的铝层调控其透光率,并选择LEH膜镀铝层厚度为35 nm的冷冻靶开展了氘氘冷冻均化实验。结果表明：当LEH膜上的镀铝层厚度为35 nm时,冰层的保持能力得到大幅提升。从X射线相衬图像可知,冰层的厚度均匀性约为80.2%,粗糙度约为1.65 μm,平均厚度约为50.5 μm。     

托卡马克HT-7U低温超导磁体的绝缘系统

主要介绍低温超导托卡马克HT-7U中磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构形成的工艺,绝缘层的电性能和力学性能等。     

三支节液态调配器ICRH时的阻抗匹配分析

基于传输线理论,采用三支节液态调配器以达到托卡马克离子回旋共振加热(ICRH)时射频源和天线负载间的阻抗匹配。分析了其阻抗匹配过程,并根据阻抗匹配条件得到天线输入阻抗变化时,三支节液态调配器的优化调配参数。利用数值模拟验证了在其他实验参数相同的条件下,三支节液态调配器的优化调配参数能使天线系统获得良好的匹配状态。     

HI-13串列加速器升级工程144MHz铜铌溅射超导腔物理设计

为设计HI-13串列加速器升级工程中的QWR铜铌溅射超导腔，利用电磁场计算软件和力学结构计算软件分析了QWR腔的高频特性和机械振动频率，并考虑到QWR腔在加工和运行时的环境温度差异，给出了QWR腔在常温加工时的几何尺寸。本工作还分析了QWR腔电磁场的不对称性对束流输运的影响。